寡聚糖在动物营养中的应用研究进展

刘志林 李路胜

（①山东省聊城市畜牧局 252000 ②聊城大学农学院）

寡聚糖在动物营养中的应用研究进展

刘志林①李路胜②

（①山东省聊城市畜牧局 252000 ②聊城大学农学院）

近些年来，抗生素作为促生长剂在动物饲料中大量的使用，给畜牧业生产以积极的作用。但是长期使用抗生素会产生耐药性以及内源性感染等问题，一直困扰着养殖者，抗生素的应用逐步受到限制。因此开发利用不为肠道内酶所分解，可选择性的促进有益菌的增长而抑制病原菌的增殖，在动物体内无残留，不产生耐药性，同时可提高动物免疫力，增强动物对疾病的抵抗力的新型绿色添加剂是畜牧业可持续发展的必然趋势（卢艳敏，2003）。其中益生素和寡聚糖就是其中之一。

益生素是对动物有益的微生物制剂，具有维持肠道正常微生物平衡的作用。然而益生素在实际应用中会受到很多因素(菌种来源、温度、pH值、肠道内酸性环境及定植、饲料加工过程中的高温等)的影响，使其在饲料生产中的应用受到一定程度的限制。寡聚糖又称寡糖或低聚糖，是指由2～10个单糖基通过糖苷键连接形成直链或支链，介于单体单糖与高度聚合的多糖之间的的一类糖，由于其具有低热、稳定、安全无毒、无残留等良好的理化性质，以及具有调整肠道菌群平衡和提高免疫力等保健功能，因此引起了人们的极大兴趣。目前，国外已将寡聚糖作为饲料添加剂广泛应用于饲料工业。作为一种新型的饲料添加剂，本文将其作为饲料添加剂的作用机理、种类、在动物饲料中添加效果等方面作一阐述。

1 寡聚糖的种类和生产

寡聚糖是由单糖通过糖苷键连接形成的，由于单糖分子种类结合的位置、类型不同，自然界中的寡聚糖种类有几千种以上。目前在动物营养中所研究的寡聚糖主要是指不能被人和其它单胃动物自身分泌的酶分解，但能对机体微生物区系、免疫等功能有影响的特殊糖类物质。现今主要的产品有以下几种：

1.1 寡果糖（Fructooligosaccharides,FOS） 是在蔗糖分子上以β－1，2糖苷键结合几个D-果糖所形成的一组低聚糖的总称，一般应用于饲料中的主要是寡果三糖，寡果四糖和寡果五糖的混合物(徐秀容等，1999)。它可以从富含果聚糖的植物中提取(Shiomi, 1976)，也可以用微生物中β-呋喃果糖苷酶或果糖转移酶而制备获得(江波等，1997)。

1.2 α-寡葡萄糖（α-Glucooligosaccharides, α-GOS） 也称异麦芽寡糖，其中至少含有一个通过α-1，6糖苷键结合的异麦芽糖，其它的葡萄糖分子可以通过α-1，2、α-1，3、α-1，4糖苷键组成的寡聚糖。Α-GOS可由α-转葡萄糖苷酶催花麦芽糖和麦芽糖糊精而生成。也可从多种含淀粉的粮食如大米、玉米、木薯等以及各类淀粉为原料来生产(陈寒青等，2002)。

1.3 寡甘露糖（Mannan-oligosaccharides,MOS） MOS是由几个甘露糖分子之间通过α-1，6糖苷键形成主链，然后再与葡萄糖分子通过α-1，2、α-1，3、α-1，6糖苷键组成的寡聚糖。天然的MOS一般存在于微生物，尤其是酵母中，其制备也基本上通过酵母细胞壁发酵获得。

1.4 寡乳糖（Galactooligosaccharides,GAS） 是由几个半乳糖通过-1，6糖苷键结合在蔗糖的葡萄糖上而形成的寡聚糖。可由乳糖合成或从富含植物中提取(Minami, 1983)。

2 寡聚糖的消化代谢

单胃动物对碳水化合物的消化主要限制于α-1，4糖苷键。大部分寡糖结构中的比例很小(由淀粉降解产生的麦芽糖和低聚糊精除外)，并且动物机体产生的内源性碳水化合物消化酶(唾液淀粉酶、胰淀粉酶)对其他糖苷键的分解能力较弱或不能分解，所以寡糖基本上不能被动物消化，被称为非消化性寡糖(NDO)。离体或体内试验表明，许多工业生产的寡聚糖如寡果糖、寡乳糖等能基本上抵抗酸和消化酶的降解(陈寒青等,2002)。

研究表明，低聚糖基本上不能被小肠吸收而直接进入小肠后部、盲肠、结肠和直肠(Kaneko等,1992)。单胃动物消化道后部寄生着大量的微生物，既能产生切段低聚糖末端糖苷键的酶，也能产生水解聚合链中间各种糖苷键的酶，因此NDO能够被消化道后端寄生的这些微生物选择性作为营养基质，最后被微生物降解为挥发性脂肪酸、二氧化碳等。

3 寡聚糖的作用机理

寡聚糖因其结构特殊，不能被本身的消化酶所消化，但可以被肠道后部的某些微生物利用。许多的研究报道认为，寡聚糖主要就是通过调节动物肠道中微生物区系的平衡来发挥作用的。其在动物体内的作用机理大致如图1所示，但是其在动物体内的详细作用机理尚不十分清楚。

图1 寡聚糖对动物的作用机理

3.1 吸附肠道病原菌，促进其随粪便排出

很多研究表明，病原微生物必须首先与消化道粘膜表面结合、定植，通过大量繁殖后直接作用或产生毒素致病(Firon等，1987；Nathan等，1993)。大量的报道进一步说明，这种结合是特异性的，并且通过病原菌细胞表面的键合碳水化合物的蛋白质，即外源凝集素来实现(Morgan，1992)。这些外源凝集素能同消化道低聚糖结构的受体结合，使细菌吸附在组织壁上繁殖，从而引起这部位的病变。选择适当的低聚糖，使之与细菌外源凝集素结合，破坏细胞识别，使病原菌不能吸附在肠壁上，而低聚糖有不能被消化道内消化酶分解，将携带附着的病原菌随着粪便排出体外，防止病原菌在肠道内繁殖。Pusztai等(1991)通过演示证明，用特定的糖来结合细菌的外源凝集素或用特定的外源凝集素来结合肠粘膜表面糖脂或糖蛋白的糖残基，都可达到组织细菌和肠粘膜结合的目的。不仅如此，Pusztai等(1991)在体外实验还表明，粘连在上皮细胞上的大肠杆菌碰到寡甘露聚糖后30min内脱落下来，但葡萄糖和半乳糖这对附着的细菌无效。这说明有些低聚糖也能清洗已附着的病原菌。

当肠道内存在一定量的MOS等寡聚糖时，致病菌的凝集素可与MOS结合，而减少了与肠粘膜上皮细胞结合的机会，甚至可以将已经与凝集素结合的肠粘膜上皮细胞的糖基部分置换下来，并随粪便排出体外。

3.2 选择性的促进肠道有益菌的增殖

寡聚糖由于其分子间结合位置及结合类型的特殊型，导致不能被单胃动物自身分泌的消化酶分解而直接进入后端消化道。很多的研究报道说明，寡聚糖在这里可作为营养物被动物肠道内固有的益生菌(双歧杆菌、乳酸杆菌等)消化利用，抑制了有害菌(大肠杆菌、沙门氏菌、梭状芽孢杆菌等)的生长(Hidaka等，1986；Mitsuoka等，1987；Bailey，1991；Omar等，1995)，从而使整个有益菌大量增殖，成为优势菌群，提高了动物的抗病能力。

寡聚糖发酵产生的酸性物质降低了整个肠道的pH值，这样既抑制了有害菌的生长，又能够促进蛋白质、钙和磷等物质的吸收利用，同时有益菌的增殖使得B族维生素合成增加，促进了动物的健康生长。

3.3 调节机体的免疫功能

很多的研究报道认为，寡聚糖对机体免疫机能的调节是通过佐剂效应和免疫刺激效应实现的。Sharon和Lis(1993)研究发现，寡聚糖能与一定的毒素、病毒、真核细胞的表面结合，成为这些外源抗原的佐剂，通过减缓抗原的吸收增加抗原的效价。Janeway等(1995)证实了寡糖的免疫原性，含甘露糖的寡聚糖刺激肝脏分泌能与甘露糖结合的蛋白，这种蛋白可与细菌荚膜粘结触发免疫反应。Cotter等(1997)、邵良平等(1999)也分别研究揭示了甘露寡聚糖可显著增强鸡细胞免疫水平。

4 寡聚糖在动物饲料中的应用效果

大量研究报道认为，寡聚糖可以促进动物生长，提高动物的日增重和饲料报酬，增强动物的抗病能力，改善动物的繁殖性能。Fukuyan等(1988)在仔猪日粮中添加0.25%～0.50%寡果糖饲养30d的试验结果表明，试验组平均日增重比对照组提高，下痢发病率有所下降。Nakamura(1988)在不同饲养环境下给仔猪日粮中添加0.3%寡果糖试验表明：在实际饲养场，仔猪体增重增加13%，而在有严格卫生条件下的饲养场，体增重仅增加4%。这说明寡聚糖的添加效果受环境条件的影响。Alltec(1993)在仔猪日粮中添加0.5～1g/kg寡甘露聚糖的试验结果表明，仔猪增重提高5.2%，料肉比下降10%。日本北里大学等单位(1999)应用饲料级寡果聚糖饲喂母猪，母猪平均泌乳量提高32%，母猪的初乳中的免疫物质含量也有所增加，而且母猪从断奶到发情的间隔时间由原来的10天缩短到7天左右。但也有报道认为日粮中添加寡聚糖对猪的生产性能、繁殖性能没有影响或影响很小(Mathew，1997；Gabert等，1994)。造成这些实验结果不一致的原因可能与寡聚糖的种类和动物品种之间的差异有关。

在鸡方面，孔令勇等(2002)对1日龄AA肉鸡中分别在日粮中添加奥奇素(寡聚糖产品，主要成分为寡甘露聚糖)和金霉素，比较两者对肉鸡生长性能的影响。结果显示，添加奥奇素和金霉素分别使肉鸡的增重提高了2.83%和3%；饲料转化率分别提高了7.73%和7.25%；死淘率降低了70.83%。两者之间差异均不显著，说明寡聚糖和金霉素具有相当的促生长效果。吴天星(1998)对肉鸡日粮中寡果聚糖的最佳添加量进行了研究，结果表明，肉鸡日粮中寡果聚糖的添加水平以0.25%～0.50%为宜，超过这一水平，如添加量达到1.00%后，会造成肉鸡的腹泻率增加。

在其他动物上，Newman等(1993)报道，在1～35日龄的初生犊牛饮用奶中添加寡甘露糖，结果表明，与对照组相比，试验组的生长速度提高8%，同时采食量增加约10%，且差异显著(P<0.05)，粪便中大肠杆菌数量显著降低(从7log菌落形成单位/克降低到4.5log菌落形成单位/g)，呼吸道疾病也有所减少(从9.9%降低到3%)。张红梅等(2003)将寡甘露聚糖添加到生长期鲤鱼日粮中，对生长期鲤鱼的生产性能、肠道中菌落变化以及寡甘露聚糖的最佳添加量进行了研究，结果表明：添加寡甘露聚糖可以提高鱼的体增重，采食量增加，但差异不显著。饵料系数明显下降，鱼体肠道中大肠杆菌数量减少，双歧杆菌、乳酸杆菌数量增加。最佳添加水平以0.3%为宜，在这个水平上，饵料系数降到最低，肠道中菌落分布最为合理。

5 寡聚糖的应用前景

由于长期使用抗生素出现了耐药性、药物残留、畜禽产品品质下降以及环境污染等问题，抗生素替代品的研究日益迫切。寡聚糖是近些年来国外研究发现的新型饲料添加剂。它无毒、无污染，被营养学者称之为绿色添加剂，目前在国外正广泛推广应用。我国近年来也开始这方面的研究和应用。根据目前的实际情况，还必须在生产工艺的改进、寡聚糖的添加效果研究以及与其它营养素的关系上面进行进一步的研究。

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